ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПАНЕЛЕЙ С ВАФЕЛЬНЫМ ПОДКРЕПЛЕНИЕМ В СЕКЦИИ ДЛЯ БАКОВ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Секция

«ТЕХНОЛОГИИ РАКЕТОСТРОЕНИЯ»

УДК 629.78

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПАНЕЛЕЙ С ВАФЕЛЬНЫМ ПОДКРЕПЛЕНИЕМ В СЕКЦИИ ДЛЯ БАКОВ

РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ

Е. В. Кривонос Научный руководитель - А. Ю. Попов

Омский государственный технический университет Российская Федерация, 644050, г. Омск, просп. Мира, д. 11

Рассмотрены проблемы процесса вальцевания вафельных панелей под сварку трением с перемешиванием, для баков горючего и баков окислителя ракет на жидком топливе.

Ключевые слова: вафельная обечайка, вальцевание, сварка трение с перемешиванием, ракетные баки.

INCREASE OF PANEL FORMING EFFICIENCY WITH WAFFLE REINFORCEMENT IN LAUNCH VEHICLE TANK SECTION

E. V. Krivonos Scientific supervisor- A. U. Popov

Omsk State Technical University pr. Mira 11, 644050, Omsk, Russian Federation

The problems of the process of rolling waffle panels for friction welding, for fuel tanks and liquid fuel, rocket oxidizer tanks are considered.

Keywords: waffle shell, rolling, friction and mixing welding, rocket tanks.

Существующие, в современном ракетостроении [1], технологические решения получения вафельного подкрепления в габаритных обечайках из алюминиевых сплавов, сформировали два подхода в изготовлении топливных баков ракет на жидком топливе. На рис. 1 представлены этапы изготовления вафельной обечайки, включающие в себя:

- фрезерование карманов (сот) на плоской листовой заготовке или на цилиндрической обечайке [2];

- формообразование панели в секцию 180°;

- сваривание секций в цельные компоненты бака.

Разница в подходах вызвана различием имеющегося и приобретаемого технологического оборудования на производственных площадках, что повлекло к формированию отличных от друг друга технологий. Разработка которых носит сложный экспериментальный характер с последующим присвоением им директивного статуса.

Преимуществом II подхода, внедряемого на ПО «Полет» в г. Омске, является его производительность, которая обеспечивается за счет:

- высокопроизводительного фрезерования сот на плоской панели с адаптивным программируемым упором;

- вальцевания панели на четырехвалковой листогибочной машине;

- сварки трением с перемешиванием (СТП).

Рис. 1. Этапы изготовления вафельной обечайки

Внедрение СТП определило новые требования к точности формы вафельной обечайки, особенно к зонам стыковых свариваемых кромок (компенсаторам):

- не допускается отклонение формы панели от цилиндричности на величину Д2>2,7 мм, а в зонах компенсаторов на величину Д1>0,5 мм;

- не допускается отклонение компенсатора (рис. 2) от окружности на расстоянии L = 100^150 мм от края панели в продольном направлении;

- не допускается механическое нарушение поверхностного слоя панели и шероховатости.

На рис. 2 отображены отклонения формы обечайки возникающие на этапе вальцевания

бочкообразными вальцами Roundo PASS 310. В одном случае изгиб внутрь или наружу, в другом, не загнутые участки свариваемых кромок. Причиной прогиба обечайки внутрь служит наличие на панели вафельного фона и непрогнозируемое его деформационное состояние. Устранение отклонений слесарными методами порождает локальные неровности, что способствует возникновению дефектов сварного шва на этапе СТП секций бака.

1

®

Рис. 2. Требования к форме вафельной обечайки под СТП

Секция «Технологии ракетостроения»

Экспериментально установлена связь между параметрами вальцовочного оборудования и напряженно-деформационным состоянием панели в момент ее вальцевания и природой изгиба обечайки сотами внутрь. На рис. 3 представлен результат компьютерного анализа методом конечных элементов (МКЭ) в SolidWorks Simulation, в котором представлены изменение продольной и поперечной формы обечайки:

5 прод - нормальное изменение радиуса обечайки от нуля до требуемого значения; 5 попер - ненормальный изгиб обечайки в форму однополосного гиперболоида [3] (корсет).

Рис. 3. Результат анализа МКЭ

Причем корсетность наблюдалась разной по площади обечайки: в зонах компенсатора изменялась 5ПОпер = 10^15 мм, у средней части обечайки 5ПОпер = 5^10 мм. Снижение значения корсетности компенсатора 5ПОпер = 0^3 и средней части обечайки 8ПОпер = 0^1,1 мм удалось достичь за счет перехода на формообразование цилиндрическими вальцами параметры которых рассчитались из условия оптимального очага деформации изгиба [4]. На рис. 4 представлен элемент технологической оснастки (бандаж), который препятствует росту аксиальных напряжений, тем самым противодействует росту поперечного изгиба 5ПОпер., а вариация геометрических параметров бандажей и их взаимное расположение на валах позволяет адаптивно влиять на значение корсетности, при изменении параметров вафельных панелей.

Рис. 4. Технологический бандаж

Библиографические ссылки

1. Батрутдинов Р., Сысоев С. Технология изготовления вафельного фона в обечайках летательных аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2011. Т. 1, № 7. С. 7.

2. Зайцев А. М. Разработка направлений повышения эффективности технологической подготовки производства деталей и узлов ракетно-космической техники: дис. ... канд. техн. наук. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 171 с.

3. Г. Корн и Т. Корн Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. С. 92.

4. Мошнин Е. Гибка и правка на ротационных машинах. М.: Машиностроение, 1967. С. 65.

© Кривонос Е. В., 2020